개념 한 쪽
공작기계를 프로그램으로 자동 제어하여 정밀한 위치와 속도를 얻는 방식을 컴퓨터 수치제어(NC)라고 정의한다. NC의 핵심은 펄스 신호를 이용해 이동 거리나 각도를 정밀하게 제어하는 점이다. 프로그램제어는 미리 정해진 순서대로 무인운전이나 자동화 동작을 수행하는 데 적합하다.
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출제기준 단원 「컴퓨터 수치제어」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 제어 방식 정의 매칭 | 1 | 프로그램 이용 공작기계의 제어 명칭을 고른다 |
| 구성 요소 판단 | 1 | PLC CPU부 구성과 거리가 먼 요소를 가린다 |
| 무인운전과 제어 방식 | 1 | 무인운전에 적합한 제어 방식을 연결한다 |
컴퓨터 수치제어(Numerical Control, NC)는 공작기계에 숫자 데이터나 프로그램을 입력하여 기계의 동작을 자동으로 제어하는 방식이다. 이 방식은 펄스 신호를 사용하여 이송 위치나 속도를 정밀하게 조절하는 것이 핵심이다.
펄스는 작은 단위의 신호로서 펄스의 개수는 이동 거리 또는 회전 각도에 대응하고 펄스의 주파수는 속도 제어와 관련될 수 있다. 펄스 신호를 이용하면 별도의 폐루프 피드백 없이도 개방루프에서 정밀 위치 제어가 가능함을 설명한다.
프로그램제어는 미리 정한 순서나 시간표에 따라 자동으로 동작을 실행하므로 무인 운전이나 반복 공정에 적합하다. 무인 운전에서 요구되는 '정해진 순서'나 '시간표'라는 키워드는 프로그램제어를 떠올리게 한다.
디지털 제어계에서는 펄스 신호에 직접 응답하여 한 단계씩 회전하는 스텝전동기가 디지털 펄스 제어에 적합하다. 서보드라이브에서도 펄스 신호는 위치 정보를 전달하여 위치 제어에 사용된다.
PLC의 CPU부는 연산부, 프로그램 메모리, 데이터 메모리 등 정보 처리와 저장을 담당하는 구성으로 이루어지며, 전원부는 CPU 내부 구성 요소보다는 별도 기능으로 전원을 공급하는 역할을 한다는 점을 구분하여 이해한다.
문제 유형별 예시는 다음과 같다. '펄스'와 '프로그램 제어'가 결합된 설명이 나오면 수치제어(NC)를 정답으로 선택한다. 무인운전이나 시간표 기반 자동 운전과 관련된 설명이 나오면 프로그램제어가 정답임을 연상한다.
디지털 펄스 제어와 전동기 매칭 문제에서는 펄스 입력에 따라 한 단계씩 회전하는 스텝전동기를 고르거나, 서보드라이브의 펄스 지령을 위치제어로 연결하여 풀이한다. PLC 관련 문제에서는 CPU부의 기능(연산·메모리)과 전원부의 역할을 구분하여 CPU 구성 요소가 아닌 것을 선택한다.
제어대상의 상태를 자동적으로 제어하며, 목표값이 제어공정과 기타의 제한 조건에 순응하면서 가능한 가장 짧은 시간에 요구되는 최종상태까지 가도록 설계하는 제어는?
정답 ③ · 문제는 목표값과 제약조건을 고려하여 가능한 최단 시간에 제어대상을 요구 상태로 도달시키도록 설계되는 제어 방식을 묻고 있다. 이러한 목적을 가진 제어는 성능 지수를 최소화(시간, 에너지 등)하는 최적제어(Optimal control)로 정의할 수 있다.
목표값과 제한 조건을 고려해 최단 시간으로 최종 상태에 도달하도록 설계하는 제어는 최적제어(Optimal Control)이다.
PLC(Programmable Logic Controller) CPU부의 구성과 거리가 먼 것은?
정답 ④ · 문제는 PLC CPU부의 구성 요소로 보기 중 어느 것이 거리가 먼지를 묻고 있다. CPU부는 명령 해석과 연산, 프로그램 및 데이터 저장 등 정보 처리 기능을 담당하므로 연산부와 프로그램·데이터 메모리부는 포함된다.
PLC CPU부는 연산, 메모리, 입출력 제어 등 두뇌 역할을 하며, 전원은 별도 공급되므로 CPU 구성 요소가 아니다.
열차 등의 무인운전을 시행하기 위한 제어에 해당되는 것은?
정답 ④ · 문항은 열차 등 무인운전에 적합한 제어 방식을 묻고 있다. 무인운전은 미리 정해진 순서와 타이밍에 따라 자동으로 동작해야 하므로 사전에 프로그램된 순서에 따라 동작하는 프로그램제어가 적절하다.
프로그램제어는 미리 정해진 순서에 따라 자동 실행되므로 무인운전에 적합하다.
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